颜色测量有哪些色度空间？CIELab色度空间怎么表示色差？

颜色测量有哪些色度空间？CIE为了统一颜色测量的结果，规定了多个色度空间，用数字的形式对颜色进行定量的描述和计算，其中常用的就有CIEXYZ色度空间和CIEL*a*b*色度空间。本文对颜色测量的色度空间和CIELab色度空间色差表示方法做了介绍，对此感兴趣的朋友可以了解一下！

颜色测量色度空间类型：

1.CIE1931XY色彩空间

国际照明委员会（CIE）在1931年推荐了代表人眼视觉感知的三刺激值XYZ。三刺激值由光源光谱分布、物体表面的反射率和人眼的响应响应曲线共同决定。要计算颜色的三刺激值，首先需要得到进入人眼产生的光谱能量，即φ（λ）。φ（λ）由光源光谱和物体反射率共同决定，计算公式如下所示：

其中P（λ）是光源辐射的相对光谱功率分布，R（λ）是被测颜色本身的反射率。颜色三刺激值的大小还与人眼的响应函数有关。根据国际照明委员会CIE规定，XYZ的具体计算公式如下所示：

其中x（λ）、y（λ）、z（λ）分别代表2°标准色度观察者的光谱三刺激值曲线，是人眼对特定波长的响应函数；k为CIE1931标准色度系统的归一化系数，计算方式如下：

其物理意义是将反射率为1的理想白色的Y值调整到100。

对光源来说，在计算其三刺激值的时候，需要将上面中的R（λ）设为1，其余的计算方法和物体色相同。也就是说，光源色的三刺激值为光照下反射光谱恒为1的理想白色的三刺激值。

三刺激值可以完整的描述一个色彩刺激，但并不是很直观。出于这个考虑，需要引入色品坐标的概念，具体定义如下：

这里 x，y，z 满足 x+y+z=1。因为xyz之间的关系，x，y 两个值已经可以完全描述一种色彩。如下图所示为CIE1931xy色品图，所有的颜色组成的区域呈马蹄形。马蹄的弧形外侧反映单色的自然光的颜色。色品图中间的黑色曲线为普朗克轨迹，与普朗克轨迹相交的直线是不同色温的等色温线。

2.CIE1960UCS色彩空间

CIE1931色品图在许多方面得到广泛的应用，使得人们可以在同一的标准下进行颜色的计量测试和比较分析，促进了颜色科学和相关产业的进步和发展，但是CIE1931色品图存在不均匀性，即相同的色距离有时会出现较大的感知上的差异，有时又呈现出难于分辨的很小的感知差别。为了解决这个问题，CIE在1960年推荐了CIE1960UCS均匀色品图。其色品坐标也是由XYZ转换而来：

与xy色品图相比，uv色品图的均匀性大幅度提高。

然而CIE1960UCS并不是完全均匀的，伊斯特伍德于1975年报道了将纵轴扩大1.5倍可以使色品图的均匀性进一步改善的研究成果，于是CIE以此为基础进行改良，并与1976年推荐采用了下述定义的u'v'色品图。u'v'与 uv的关系为：

因此，u'v'与三刺激值XYZ的关系为：

3.均匀色彩空间

在前面的讨论的均匀色品图中并未涉及有关颜色的明度均匀性，所以即使采用如（u'，v'，Y），尽管色品坐标的均匀度提高了，但明度的均匀性却没有变化，因此，应该考虑将均匀色品标尺和均匀明度标尺组合起来，形成一个均匀的三维空间，并称之为均匀色彩空间。同时把在均匀颜色空间中对应于明度的坐标称为明度指数。这里介绍两种常用的均匀色彩空间，CIE1976L*u*v*和CIE1976 L*a*b*。

CIELUV色彩空间主要用于如电视工业等加混色的表示和评价，在该空间中L*为明度，u*v*表示颜色的色品坐标，其计算公式如下：

其中u'v'和u'n，v'n分别是颜色样品和CIE标准照明体的CIE1976UCS图色品坐标，可由上面u'、v'公式计算得到。需要注意的是，Y/Yn的值须大于0.008856。

CIE在1976年推荐用于加混色的CIELUV色彩空间的同时，还推荐了CIELAB色彩空间，主要用于表面色料工业等减混色，在该空间中L*为明度，a*b*表示颜色的色品坐标，其计算公式如下：

式中，X，Y，Z为颜色样品的三刺激值，Xn，Yn，Zn为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，然后反射到观察者眼中的三刺激值，其中Yn=100。

CIELab色度空间表示色差方法：

在CIELAB颜色空间中，有L、a、b三个分量，其中L表示的是颜色的亮度，取值范围是[0，100]即从纯黑到纯白，a和b表示的是色度坐标，a表示洋红色至绿色的范围，取值范围为[127，-128]，b表示从黄色至蓝色的范围，取值范围为[127，-128]。CIELAB颜色空间是一个近似均匀的颜色空间，若对于不同色区的两对比色测出相等的色差值，并不意味人眼观测到的两颜色也有相等的色差感觉，尽管如此，CIELAB颜色空间仍是目前最好的颜色空间之一。

色差是指用数值的方式表示两种颜色给人色彩感觉上的差别，若两个颜色都是按照L*a*b*标定的，则两者的总色差以及各单项色差可用下列公式计算。

明度差：

色度差：

总色差：

彩度差：

色相角差：

色相差：

计算色差时，可以把其中的任意一个作为标准色，则另外一个就是样品色。计算结果出现正、负值，其意义如下（假设1为样品色，2为标准色）：

△L*=L*₁-L*₂>0，表示样品色比标准色浅，明度高；若△L*<0，说明样品色比标准色深，明度低。

△a*=a*₁-a*₂>0，表示样品色比标准色偏红；若△a*<0，说明样品色比标准色偏绿。

△b*=b*₁-b*₂>0，表示样品色比标准色偏黄；若△b*<0，说明样品色比标准色偏蓝。

△C*_ab=C*_ab,1-C*_ab,2>0，表示样品色比标准色彩度高，含“白光”或“灰分”较少；若△C*_ab<0，说明样品色比标准色彩度低，含“白光”或“灰分”较多。

△h*_ab=h*_ab,1-h*_ab,2>0，表示样品色位于标准色的逆时针方向上；h*_ab<0，说明样品色位于标准色的顺时针方向上。根据标准色所处的位置，就可以判断样品色是偏绿还是偏黄。